動物行為實驗方法專題:主動回避與被動回避實驗
回避實驗是利用動物的好暗避光(明暗穿梭)、對厭惡刺激(如足電擊)的恐懼和記憶而建立起來的。所以對實驗者(而不是對動物)而言,回避實驗在技術(shù)上與暗示關(guān)聯(lián)條件恐懼相類似。所用的刺激為溫和的足電擊,發(fā)生的反應(yīng)是動物逃避曾經(jīng)受到電擊刺激的地方。根據(jù)動物的逃避方式分為主動回避和被動回避(active and passive avoidance)。前者要求動物主動從有厭惡刺激的箱中逃離;后者則要求動物遏制自己而不進(jìn)入有厭惡刺激的箱。根據(jù)所用儀器設(shè)備的不同又可分為穿梭回避、跳臺回避、Y-形迷宮回避。這里主要介紹前兩種回避。
???一、 實驗設(shè)備
???(一)穿梭回避實驗設(shè)備 ?包括穿梭箱、刺激控制器和計算機。這里介紹上海欣軟信息科技有限公司生產(chǎn)的穿梭箱。它包括左右兩個同等大?。?0.3cm*15.9cm*21.3cm)的隔室(compartment)。其中一隔室采用暗箱設(shè)計,周邊是黑板,形成暗箱(主動回避可不用暗箱)。兩隔室之間由一個拱形門(8.9cm*11.4cm)相聯(lián),門可由實驗者根據(jù)實驗需要關(guān)上或打開。隔室地板為不銹鋼柵欄(直徑:大鼠4.8mm,小鼠3.175mm)。暗箱一側(cè)的柵欄地板與刺激器相聯(lián),并可給予電擊;明箱一側(cè)則不與刺激器相聯(lián),故沒有電流通過。
???(二) 跳臺回避實驗裝置 ?將上述穿梭箱的中門移去,代之以一個平臺(可隨上海欣軟SuperApas穿梭箱配套),即可改裝成跳臺回避實驗裝置。這里介紹上海欣軟信息科技有限公司生產(chǎn)的跳臺回避裝置。它包括一個15cm*25cm*10cm的透明有機玻璃跳臺箱、一個隔音外箱(48cm*62cm*24cm)和一臺脈沖電刺激器組成。跳臺箱底部的柵欄與刺激器相聯(lián),中央固定一個3.5cm*3.5cm*2.5cm的木制平臺。實驗時,將跳臺箱放入隔音箱內(nèi),以防外界干擾。

??二、實驗方法
??(一)小鼠穿梭被動回避實驗(mouse step-through passive avoidance)
1、單次電擊刺激訓(xùn)練
(1)將小鼠放入明箱,10s后,將明暗箱之間的門打開。多數(shù)品系的小鼠有很強的探究行為,喜暗惡光。因此,小鼠會很快進(jìn)入暗箱。
(2)小鼠(四肢)完全進(jìn)入暗箱后,立即將中門關(guān)上,并給予一次電擊。電擊強度為能引起小鼠退縮和發(fā)聲的最小電流。根據(jù)小鼠品系不同,電流范圍為0.2~0.8mA(100V,50~60Hz AC),持續(xù)1~2s。
(3)讓小鼠在暗箱內(nèi)停留10s(以使讓動物形成箱與電擊之間的關(guān)聯(lián)),將小鼠放回籠內(nèi)。清潔操作箱。進(jìn)行下一只動物的訓(xùn)練。
2、記憶保持測試(retention test) ?
電刺激訓(xùn)練24h后,將小鼠放回明箱,中門打開,但不給電擊。記錄5min內(nèi)動物進(jìn)入暗箱的潛伏期。正常小鼠或許能夠記住前一天在暗箱中遭受的電擊,因而通常不會進(jìn)入暗箱(在明箱的潛伏期達(dá)到最大,即300s);即使進(jìn)入暗箱,也非常緩慢,“裹足不前”。計算機還可同時記錄動物在穿梭箱內(nèi)的活動情況,包括運動距離、運動時間、站立次數(shù)和時間,以及靜止時間等。這些參數(shù)對評價動物的一般狀態(tài)很有價值。
????(二)大鼠穿梭被動回避實驗(rat step-through passive avoidance) ?
實驗方法基本與小鼠相同,僅稍作修改:大鼠放入明箱時要背朝關(guān)閉的中門,1min后將中門打開;足電擊強度為0.5mA,3s;記錄時間為3min。
????(三)小鼠穿梭主動回避實驗(mouse step-through active avoidance) ?
方法與被動回進(jìn)相似,但無論是訓(xùn)練還是測試,都將動物放在暗箱。訓(xùn)練時從暗箱給予足電擊(電擊強度與小鼠被動回避相同),小鼠必須主動離開暗箱,通過中門進(jìn)入明箱以逃避電擊。然后將小鼠放回籠內(nèi)。24h后,將小鼠放回暗箱,記錄5min內(nèi)動物逃離暗箱并進(jìn)入明箱的潛伏期。
????(四)小鼠跳臺回避實驗( mouse step-down ?inhibitory avoidance) ?
實驗包括兩次相隔至少60min的電擊訓(xùn)練和一次24h后的記憶保持測試。
1、訓(xùn)練
????(1) 將小鼠放在平臺上。當(dāng)它往下跳至柵欄地板(以四肢均接觸地板為準(zhǔn))時,給予0.4mA的電擊,持續(xù)5s。電流強度為能夠引起小鼠發(fā)聲和退縮的最小電流。將小鼠放回籠內(nèi),清潔操作箱,進(jìn)行下一只小鼠的訓(xùn)練。
????(2) 1h后重復(fù)上述訓(xùn)練一次,記錄跳臺潛伏期。如動物在平臺上滯留的時間超過60s,即認(rèn)為它已經(jīng)記住先前的厭惡刺激,不給電擊,將其放回籠內(nèi)。多數(shù)動物能達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)。少數(shù)動物的跳臺潛伏期少于60s,則在1h后再重復(fù)訓(xùn)練一次。如仍不達(dá)標(biāo),則予淘汰。
????(3) 記憶保持測試在第一次訓(xùn)練后的24h進(jìn)行。方法與訓(xùn)練相同,但不給電擊。記錄小鼠從平臺跳下的潛伏期。如小鼠5min仍不跳下平臺,則終止實驗。實驗除記錄跳臺潛伏期外,還記錄達(dá)到回避標(biāo)準(zhǔn)的動物數(shù)。回避標(biāo)準(zhǔn)為:記憶保持測試的潛伏期大于第二次訓(xùn)練潛伏期的3倍且超過60s。一般以平均保持潛伏期為判斷記憶力的定性指標(biāo),達(dá)標(biāo)動物的百分比為記憶的定量指標(biāo)。
???大鼠跳臺回避實驗與小鼠類似,只是跳臺箱和平臺的規(guī)格較大,分別為50cm。25cm×25cm 和?25cm×7cm×2.5cm。
??? Y-形或T-形迷宮回避實驗:3個臂中只有1個臂的柵欄底部可產(chǎn)生足電擊。動物在該臂遭受電擊后,必須逃避到其他臂方可免受電擊。這樣動物根據(jù)周圍環(huán)境進(jìn)行空間定位,可記住遭受厭惡刺激的臂的位置而避免進(jìn)入此臂。
????三、注意事項
(1)回避實驗廣泛用于認(rèn)知藥物的評篩。作用于M膽堿能受體、Glutamate受體、GABA受體和內(nèi)啡肽受體的藥物均可影響動物的回避行為。根據(jù)實驗?zāi)康牟煌?,可選擇不同時間給藥,訓(xùn)練后立即給藥,可檢測藥物對記憶保持的影響;記憶保持測試前給藥,可檢測藥物對記憶恢復(fù)(retrieval)或再現(xiàn)( recall)的影響。
(2)結(jié)合轉(zhuǎn)基因、基因敲除或基因下調(diào)等技術(shù),回避實驗也可用于評價基因?qū)τ洃浀挠绊?。它既可測定動物的短期記憶(記憶保持測試在第一次訓(xùn)練后的3h內(nèi)進(jìn)行),也可測定動物的長期記憶(記憶保持測試在第一次訓(xùn)練后的24h或更長時間進(jìn)行)。
(3)凡能產(chǎn)生以下作用的藥物或基因變化均可影響回避行為,從而產(chǎn)生假陽性或假陰性結(jié)果:視力缺陷、痛閾變化、鎮(zhèn)靜和運動功能減弱或喪失等。
(4)回避實驗和條件恐懼實驗均采用溫和電刺激。同一動物對這兩種實驗中的共同成分(足電擊)會有連帶效應(yīng),即在一個實驗中對電刺激的反應(yīng)會帶到另一實驗中去。因此,為避免這種泛化作用,這兩類實驗不要在同一組動物中進(jìn)行。

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